礦用提升機鋼絲繩換繩車同步齒輪特性分析（5）(圖文)
時間：2024-07-02 08:50:30 點擊數(shù)：
4.3 齒輪zui大等效應(yīng)力分析
在有限元模型中，利用探針提取從動輪一個齒面與一個齒根面的zui大等效應(yīng)力。觀察恒定轉(zhuǎn)矩的zui大等效應(yīng)力變化，當(dāng)齒輪嚙合時間到達0.11s 時，位于從動輪齒面與齒根面的zui大等效應(yīng)力達到zui大，zui大等效應(yīng)力處于齒根處；應(yīng)力的變化趨勢整體呈現(xiàn)出金字塔形；隨著同步齒輪嚙合的進行，zui大等效應(yīng)力的幅值逐步升高；達到zui高點之后，應(yīng)力幅值又逐步降低，表明嚙合過程的結(jié)束。因為齒輪嚙合過程中是單齒對接觸與兩齒對接觸交替出現(xiàn)形式，所以會出現(xiàn)zui大等效應(yīng)力的波動。當(dāng)處于單齒對接觸時，應(yīng)力波動大，同時應(yīng)力值將達到zui大；在雙嚙合區(qū)，其所受載荷與接觸壓力較平穩(wěn)，受到?jīng)_擊較小，且應(yīng)力波動較小。
如圖12所示，一次波動轉(zhuǎn)矩的zui大等效應(yīng)力變化趨勢基本與恒定轉(zhuǎn)矩的zui大等效應(yīng)力變化趨勢一致，同樣是先增 大后減??；但是zui大等效應(yīng)力幅值變大，甚至超過了材料的屈服ji限。同時，由于一次波動轉(zhuǎn)矩的輸出，即使位于雙嚙合區(qū)時，其應(yīng)力波動相較于恒定轉(zhuǎn)矩輸出時的應(yīng)力波動也是更大。
圖12 恒定轉(zhuǎn)矩與一次波動轉(zhuǎn)矩zui大等效應(yīng)力的對比
如圖13所示，三角波動轉(zhuǎn)矩的zui大等效應(yīng)力變化趨勢基本與恒定轉(zhuǎn)矩的zui大等效應(yīng)力變化趨勢一致。不同的是，由于三角波動轉(zhuǎn)矩輸出是先達到峰值再降低，而后又升高，導(dǎo)致齒輪嚙合進入雙嚙合區(qū)之后，其zui大等效應(yīng)力相較于恒定轉(zhuǎn)矩的zui大等效應(yīng)力出現(xiàn)“起伏式”波動。
圖13 恒定轉(zhuǎn)矩與三角波動轉(zhuǎn)矩zui大等效應(yīng)力的對比
如圖14所示，指數(shù)波動轉(zhuǎn)矩的zui大等效應(yīng)力變化趨勢基本與恒定轉(zhuǎn)矩的zui大等效應(yīng)力變化趨勢一致，且zui大等效應(yīng)力波動相較于恒定轉(zhuǎn)矩zui大等效應(yīng)力更大。
圖14 恒定轉(zhuǎn)矩與指數(shù)波動轉(zhuǎn)矩zui大等效應(yīng)力的對比
5 結(jié)論針對礦用提升機鋼絲繩換繩車送繩機構(gòu)中同步齒輪在實際工作中可能遇到的問題，首先考慮馬達輸出轉(zhuǎn)矩波動輸出的3種情況，建立了3種轉(zhuǎn)矩波動輸出函數(shù)；隨后通過有限元法進行了分析，對比了3種波動轉(zhuǎn)矩輸出下齒輪的接觸壓力與zui大等效應(yīng)力。
(1)有限元仿真得到齒輪靜強度分析下，齒面接觸應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力與赫茲公式計算結(jié)果相比，誤差不超過8.3%，驗證了該齒輪模型的可行性和仿真分析數(shù)據(jù)的可靠性。
(2)一對接觸齒輪面的齒面壓力變化趨勢基本與波動轉(zhuǎn)矩輸出函數(shù)一致，表明齒輪接觸面所受接觸壓力隨所受轉(zhuǎn)矩變化而變化，且轉(zhuǎn)矩波動越大，齒輪面接觸壓力波動也越大。
(3)一對齒輪嚙合是以單齒對接觸與兩齒對接觸交替的形式出現(xiàn)。當(dāng)處于單齒對接觸時，應(yīng)力波動大，同時應(yīng)力值將達到zui大；在雙嚙合區(qū)，其所受載荷與接觸壓力較平穩(wěn)，其區(qū)域齒輪受到?jīng)_擊較小，且應(yīng)力波動較小。
(4)在齒輪的齒面與齒根面提取zui大等效應(yīng)力，3種波動轉(zhuǎn)矩的zui大等效應(yīng)力變化趨勢基本與恒定轉(zhuǎn)矩的zui大等效應(yīng)力變化趨勢一致；齒輪齒面與齒根面的zui大等效應(yīng)力的幅值，會隨轉(zhuǎn)矩波動的增 大而變大，同時這也會導(dǎo)致在齒輪雙嚙合區(qū)的zui大等效應(yīng)力波動變大。
